CAN總線系統(tǒng)測試技術(shù)

1、CAN總線系統(tǒng)測試技術(shù)吳亞榆(恒潛科技 北京100101)II JhCAN總線作為現(xiàn)場總線的一種.莊汽車.鋼術(shù).航天.工業(yè)測赴與工業(yè)自動(dòng)化等傾域已經(jīng)得到廣送的用用CAN總釵 開發(fā)財(cái)1中，需要對所開發(fā)的CAN總找系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)以及總線系統(tǒng)的驗(yàn)證與嘴認(rèn).*丈主要介紹了網(wǎng)絡(luò)測試臉逗的內(nèi)客實(shí) 現(xiàn)測試的工具與測試技術(shù)關(guān)字:CAN總找；冋絡(luò)測試；臉證；璃認(rèn)CAN Bus Testing TechnologyWu Yanan(Hiraio. Technologies. Beijing. 100)01. China)Abstract: As one kind of fieldbus, the CAN bus i

2、s widely used in Automobile, Ship. Aerospace, industrial controlling and automatization During the development processes of CAN bus, the verification and validation are the important steps for the CAN bus system. The testing specification is discussed here, and the testing tools and testing technolo

3、gy are introducedKeywords: CAN(Controlier Area Networks); Testing; Verification; Validation350引w陸軒汽車電子技術(shù)的發(fā)展,汽車上所用的電控單元不斷 增多電控單元之間喑息交換的需求促進(jìn)了車用總線技術(shù)的 發(fā)展.CAN總線即控制器局域網(wǎng)總線，由Bosch公司于1981 年制定，主要目的為用作汽車的高速動(dòng)力總線、中速車身總 線等.由于CAN總茨具有可靠性高.實(shí)時(shí)性好、成本合理 等優(yōu)點(diǎn)逐漸被廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域中.例如船怕、紈天. 工業(yè)測控、工業(yè)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)、樓宇監(jiān)控等，成為了廣 泛使用的現(xiàn)場總線之一.基于C

4、AN總線協(xié)議.還發(fā)展出 CANopen. J1939. DeviceNei等多種上展總線協(xié)議CAN超一種開放式多主站線性結(jié)構(gòu)的總線.使用雙絞線作為連接介質(zhì)連接所有節(jié)點(diǎn)最高傳輸速率為1Mbit/“ CAN總線使用載波偵聽多路訪問/沖究檢測(CSMA/CD)技 術(shù)這種非破壞性的總線仲載方式，避免多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)開始發(fā) 送消息而造成總線沖突保證優(yōu)先級高的報(bào)文能夠優(yōu)先發(fā)送 而不需要額外的時(shí)間開銷 CAN協(xié)議不對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址規(guī) 定，而是使用報(bào)文的標(biāo)識符來指定報(bào)文的優(yōu)先級以及報(bào)文的 內(nèi)容.同時(shí).CAN總線協(xié)議提供了完裨的錯(cuò)誤檢測與錯(cuò)誤 處理機(jī)制.包括了 CRC檢測、錯(cuò)謀報(bào)文自動(dòng)重發(fā).錯(cuò)課狀 杏判詬.臨時(shí)錯(cuò)誤自

5、動(dòng)恢復(fù)、水久錯(cuò)謀自動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)等措施. 從而很好的保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致性1 CAN總線開發(fā)流程隨著CAN總線技術(shù)應(yīng)用在國內(nèi)各個(gè)行業(yè)中廣泛使用 CAN總線開發(fā)流程及開發(fā)方法也日益成為關(guān)注的霰點(diǎn)目 前.基于開發(fā)一驗(yàn)證思想的V型開發(fā)流程被廣泛用于CAN 總線的開發(fā)過程中.如圖I所示.OEM廠商甘先定義CAN總線系統(tǒng)需求，并進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu) 架設(shè)計(jì).然后由供應(yīng)商根據(jù)OEM廠商提出的需求.分析節(jié) 點(diǎn)ECU的需求并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).再進(jìn)行軟硬件實(shí)現(xiàn)以及節(jié) 點(diǎn)ECU集成，最后對ECU進(jìn)行測試驗(yàn)證.供應(yīng)商將所設(shè)計(jì) 的節(jié)點(diǎn)ECU提供給OEM丿商.由OEM廠商進(jìn)行CAN總 線系統(tǒng)的集成，并對系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn).才能形成量終的產(chǎn)品 在

6、V開發(fā)流程中.測試始終貫徹著整個(gè)開發(fā)流程，以 在開發(fā)過程中能盡早的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題供應(yīng)商在節(jié)點(diǎn)ECU 開發(fā)的最后階段，需零對所開發(fā)的ECU進(jìn)行驗(yàn)證，檢査所 開發(fā)的產(chǎn)品是否符介所需的設(shè)計(jì)規(guī)范，即“是否正確的做了 產(chǎn)品”而OEM廠商左獲得供應(yīng)商提供的各個(gè)節(jié)點(diǎn)ECU后. 進(jìn)行系統(tǒng)集成.需要對CAN總線系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，檢査是否 符合原始的需求：即“長否設(shè)計(jì)了正確的產(chǎn)品"因此.無論卻于洪應(yīng)商開發(fā)單節(jié)點(diǎn)ECU還是OEM廠 商對轅個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集成，郴需耍對節(jié)點(diǎn)以及總線系統(tǒng)進(jìn)行 CAN總線測試，以完成驗(yàn)證與確認(rèn)的工作.2 CAN總線測試CAN總線測試內(nèi)容可以分為爪節(jié)點(diǎn)測試和總線系統(tǒng)集 成測試兩部分。在毎個(gè)節(jié)

7、點(diǎn)連接到CAN總線網(wǎng)絡(luò)之前都需 要進(jìn)行單節(jié)點(diǎn)測試，用以確定節(jié)點(diǎn)工作企確并R不會(huì)于擾總 線的正常通訊總線系統(tǒng)集成測試則是將各個(gè)節(jié)點(diǎn)都連接形 成完整的CAN總線系統(tǒng).對系統(tǒng)進(jìn)行測試以驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行 的完整性及正確性、系統(tǒng)的通訊魯棒性、電器件棒性以及系 統(tǒng)的容錯(cuò)自恢復(fù)功能等.進(jìn)行CAN總線測試過程，首先需要制定測試規(guī)范.然 后根據(jù)該測試規(guī)范編寫測試案例.構(gòu)建測試環(huán)境，并進(jìn)行測 試實(shí)現(xiàn)，最終將測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成測試報(bào)告。 2.1 CAN總線測試規(guī)范由于CAN總線耳本協(xié)議的靈活性.目前并沒有一個(gè)統(tǒng) 一的完整覆蓋CAN總線各個(gè)通訊層次的測試規(guī)范，而作為 CAN總線技術(shù)使用坨廣泛的汽車行業(yè)，各個(gè)汽車

8、廠商也只 是自行定義其轎車CAN總線協(xié)議.并根據(jù)該協(xié)議制定各自 的測試規(guī)范.因此制定CAN總線的測試規(guī)范.必須從相關(guān)的設(shè)計(jì)需 求和規(guī)范文檔中提取測試需求.這些文檔可以包括CAN協(xié) 議、總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議（例如ISOI1898或 J1939）、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求、系統(tǒng)的診斷協(xié)議、以及其他行業(yè) 性通訊規(guī)范.根據(jù)所提取的測試需要.將各個(gè)需求點(diǎn)對應(yīng)為 測試案例組.將每組測試案例組在各測試節(jié)點(diǎn)上的實(shí)施稱為測試案 例。每個(gè)測試案例根據(jù)漢I試實(shí)現(xiàn)的過程.細(xì)分為一系列的測 試步驟對于每個(gè)測試案例.在測試結(jié)束時(shí)，都會(huì)存在一個(gè) 測試結(jié)果用以確定測試案例所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)是否通過該測試 需求點(diǎn)的測試每個(gè)測試案例

9、中.除了包含測試步驟的內(nèi)容 外.還包括了測試條件和測試環(huán)境兩部分內(nèi)容測試條件是 測試案例實(shí)前.被測單元所需要具備的條件.鉀如系統(tǒng) 已經(jīng)處于正常通訊等。而測試環(huán)境則是測試過程中.希要提 供給被測單元的外部環(huán)境，例如供電電壓、倍號線的連接情 況等.22 CAN總線測試內(nèi)容CAN總線測試內(nèi)容可以按照通訊層次劃分為物理層測 試數(shù)據(jù)鏈路層測試、應(yīng)用層測試竽內(nèi)容.物理層測試主要目的杲驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)及系統(tǒng)在電路設(shè)計(jì)、物 理電平特性等方面的性能，這是保證節(jié)點(diǎn)能夠正確連接入總 線的基礎(chǔ)測試主要包括了節(jié)點(diǎn)的電阻電容特性、節(jié)點(diǎn)羞分 電阻、總線終端電阻.CAN線上的物理電平特性等方面數(shù)據(jù)鏈路層測試則包括了位定時(shí)測試、采樣點(diǎn)

10、測試、 SJW淇試等內(nèi)容.該測試內(nèi)容主要用以保訐算個(gè)節(jié)點(diǎn)的通 訊參數(shù)能夠保持一致性.序組成的網(wǎng)絡(luò)能夠正常有效的工 作.應(yīng)用層測試則包括了上層應(yīng)用層協(xié)議的測試.網(wǎng)絡(luò)袋理 功能的測試以及故障診斷測試等方面的內(nèi)容。其包括的內(nèi)容 可以是：數(shù)據(jù)庫使用正確件試、通訊周期準(zhǔn)確性測試、節(jié) 點(diǎn)休眠喚艇功能測試、網(wǎng)絡(luò)評理功能測試.網(wǎng)關(guān)測試、錯(cuò)誤 楨頻率測試.電壓影響測試.總線物理故障測試、節(jié)點(diǎn)故障 自恢復(fù)能力測試通訊失敗旳故障診斯功能測試等內(nèi)容.由 于CAN總線使用背墩的不|虬其應(yīng)用層的內(nèi)容也有很大差 別.因此應(yīng)用層測試的內(nèi)容也存在較大差異，需要根據(jù)項(xiàng)目 的設(shè)計(jì)綺求以及設(shè)計(jì)文檔仔細(xì)制定應(yīng)用層測試的內(nèi)容。值得 注直

11、的是，對于CAN總線網(wǎng)絡(luò)測試，其應(yīng)用層測試一般不 涉及功能測試的范也功能測試一般厲于ECU測試的范畸。23 CAN總線測試方法圖2所示為基于Vector公司提供的CAN總線測試工具 所組建的CAN總線測試系統(tǒng).60 簽干在系統(tǒng)中被測m元與模擬被消單元應(yīng)用背景的仿真器 相連通過仿真器可以模擬出被測單元在真實(shí)應(yīng)用中的運(yùn)行 環(huán)境.而被測系統(tǒng)的CAN錢則通過CAN艮件接口連摟到 測試軟件CANoe上，CANoe還可通過10接口電纜IOcab 獲取被測果尤的10信號.被測小元的供電則由供電系統(tǒng)提供給仿貝器，再由仿真 器提供給彼測系統(tǒng).與真實(shí)系統(tǒng)的供電模式相同 CANoe 軟件可以通過其接口來控制供電系統(tǒng)

12、從而可以方便的改變 被測單元的供電電樂.實(shí)現(xiàn)CAN總線測試環(huán)境測試過程中便用Vector公司捉供的干擾儀CANstress. 以制造出測試所需的干擾信號以及總線故障彎測試環(huán)境而 系統(tǒng)中所連後的網(wǎng)絡(luò)示波器CANscope可以在物理足測試 中捕捉CAN總儀的物理信號.在測試過程中 Vector提供的測試軟件CANoe可以或 測總線通訊的報(bào)文以及佰號，并檢測總線的錯(cuò)謀鎖、總線負(fù) 敘率等信息.另外.CANoe還提供了測試軟件包.能夠便 用擴(kuò)展的編程功能編寫測試洗程控制CANes、 CANscope等工具.并支持XML編寫的灣試腳本，實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化測試流程將測試結(jié)果自動(dòng)生成XML和HTML測試報(bào) 告.3

13、CAN網(wǎng)絡(luò)測試案例根據(jù)上述的CAN網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)進(jìn)行了撈理層的采樣 點(diǎn)測試測試結(jié)果如圖3所示.圖3所示為被測單元正常通訊情況下.便用 CANscope捕捉到數(shù)據(jù)場第一個(gè)險(xiǎn)性位便用CANstress將 該位75%后F擾為顯性電平使用CANscope捕捉總錢報(bào) 文,沒有岀現(xiàn)錯(cuò)誤如圖3(b)所爪問桿條件下將該位 68.75%后的電平干擾為顯性位使用CANscope捕捉總線報(bào) 文.出現(xiàn)了錯(cuò)誤輒如圖3(c)所示由此可以得出結(jié)論.被 測單元的采樣率為15%. 、：；$£-Ml, : e ：=產(chǎn)|： 兀 »» J (O+tt 電爭任 6&75% 后一 IfffliXM 圖

14、3采樣點(diǎn)H試. 、 ： 1wnnrrI d (SR fiaHHHI - IOtS i, MM M r-= 二一if* « i 9 I OM- MM 1 M0IM MAJ在節(jié) J6-尢18此圖4所示為應(yīng)用層測試中.CAN-H線與電源短路測試 的測試結(jié)果.圖4(*)所示為使用CANstress CAN H線設(shè) 覽為與電源短路圖4(b)所示為CANoe在該測試過程中總 、經(jīng)的通訊情況，在被測條件下總找沒有出%«!««.使用 CANscope觀測.由于CAN H與電源短路，CAN-H電平表 現(xiàn)為悄高.而差分電平信號仍足夠保iiECAN總線的止常通 訊.因此沒有出現(xiàn)錯(cuò)謀幀.352(a)CANrtre» 設(shè)賈 CANH 坊電 «KR學(xué)報(bào).200X1)(2 Botch. CAN SpccifkMioo V2.0.1991 Stefned Bceh. Testing with CANoe. Vector Coagrcss. 2004353(DCANoeft測用絡(luò)尢WiXM#(OCANsoopeWMfitt 電平 flWfm 4 CANH與ib«Knt«